第六章污廢水處理設施培訓-厭氧生物處理

第六章厭氧生物處理一、概述（一）厭氧生物處理技術的發(fā)展（二）厭氧生物處理法的基本原理1.凈化機理廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下，通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱厭氧消化。厭氧消化過程：可劃分為三個連續(xù)階段（圖6-1，6-2）水解酸化階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段產(chǎn)甲烷階段2.影響因素溫度；細菌對溫度的適應性可分為低溫、中溫和高溫三個區(qū)：低溫消化10℃～30℃；中溫消化30℃~35℃；高溫消化50℃～56℃pH；甲烷細菌生長適宜的pH范圍在6.8～7.2之間，產(chǎn)酸細菌對酸堿度不及甲烷細菌敏感，其適宜的pH在4.5～8之間。pH值對產(chǎn)甲烷菌活性的影響有毒物質(zhì)；主要的有毒物質(zhì)是有毒有機物、重金屬和某些陰離子（表6-1）對有機物來說，帶醛基、雙鍵、氯取代基、苯環(huán)等結(jié)構(gòu)，往往具有抑制性。有毒物質(zhì)的最高容許濃度與處理系統(tǒng)的運行方式、污泥馴化程度、廢水特性、操作控制條件等因素有關。營養(yǎng)物質(zhì)的配比；

BOD:N:P＝（200～300）:5:1

好氧中相應比值為：100:5:1

碳氮比例對厭氧消化的影響最為重要攪拌上流式厭氧污泥床可通過液流擴散方式進行攪拌另外，運行中注意安全。厭氧工藝的有關術語（1）上流速度（表面速度或表面負荷）（2）水力停留時間（HRT）（3）反應器中的污泥量（4）反應器的有機負荷（OLR）：分為容積負荷（VLR）和污泥負荷（SLR）。（5）污泥體積指數(shù)（SVI）（6）污泥的比產(chǎn)甲烷活性（7）反應器內(nèi)的污泥停留時間（SRT）:亦稱泥齡。（二）厭氧生物處理的特點1.優(yōu)點：（1）應用范圍廣：高、中、低有機廢水，難降解有機廢水（2）能耗低：無需充氧，沼氣可資源化，動力消耗僅是好氧的1/10。（3）負荷高：有機容積負荷2～4kgBOD/m3.d（好氧）；2～10kgBOD/m3.d（厭氧）（4）剩余污泥量少：0.4～0.6kg/1kgCOD（好氧）

0.02～0.1kg/1kgCOD（厭氧）且污泥濃縮性和脫水性較好。（5）氮、磷營養(yǎng)需要量較少：BOD:N:P=100:5:1(好氧)BOD:N:P=200:5:1(厭氧)（6）殺菌效果好：有一定殺菌作用，可殺死寄生蟲卵和病毒等。2.缺點（1）啟動、處理時間長：生物生長緩慢，設備啟動和處理時間長。（2）出水難以達標排放：需串連好氧處理（3）操作控制復雜：對環(huán)境要求比好氧嚴格，操作控制因素較復雜。（三）應用適用于高、中、低濃度有機廢水，某些難降解的有機廢水用厭氧生化是可降解的。厭氧生物處理法的主要處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便等。（四）分類厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床反應器、分段嚴氧消化法等。厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。1、普通厭氧消化池普通消化池又稱傳統(tǒng)或常規(guī)消化池。消化池常用密閉的圓柱形池，廢水定期或連續(xù)進入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。池徑從幾米至三、四十米，柱體部分的高度約為直徑的1/2，池底呈圓錐形，以利排泥。為使進水與微生物盡快接觸，需要一定的攪拌。常用攪拌方式有三種：池內(nèi)機械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。普通消化池的特點是:可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。厭氧消化反應與固液分離在同一個池內(nèi)實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)較簡單。缺乏持留或補充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細胞。對無攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴重，微生物不能與料液均勻接觸的問題。溫度不均勻，消化效率低2.厭氧接觸法為了克服普通消化池不能持留或補充厭氧活性污泥的缺點，在消化池后設沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法。厭氧接觸氧化法的工藝流程為：

厭氧接觸法的特點:（a）通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10～15g/L，耐沖擊能力強（b）消化池的容積負荷較普通消化池高；（c）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題；（d）混合液經(jīng)沉降后，出水水質(zhì)好；（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設備；（f）厭氧接觸法存在混合液難于在沉淀池中進行固液分離的缺點。3.厭氧生物濾池法（又稱厭氧固定膜反應器）構(gòu)造：類似于一般的好氧生物濾池厭氧濾池是60年代末開發(fā)的新型高效厭氧處理裝置。濾池呈圓柱形，池內(nèi)裝放填料，池底和池頂密封。特點：優(yōu)點：處理能力較高，出水SS較低，操作方便，設備簡單，濾池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度而不需要攪拌設備，不需要另設泥水分離設備。缺點：濾料費用較貴，濾料容易堵塞，尤其是在濾池下部生物膜濃度很大，容易堵塞；濾池的清洗也還沒有簡單有效的方法。因此，它主要適用于含懸浮物很低的溶解性有機物污染的廢水。4.上流式厭氧污泥床反應器法（UASB）上流式厭氧污泥床反應器（簡稱UASB反應器）是由荷蘭的G.Lettnga等人在70年代初研制開發(fā)的。污泥床反應器內(nèi)沒有載體，是一種懸浮生長型的消化器。由反應區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。5.厭氧流化床法工藝流程圖6-7特點載體比表面積大；

b.載體處于流化狀態(tài)，床層不易堵塞，因而適合各種高低濃度廢水的處理；c.有機物凈化速度快；d.床內(nèi)生物膜停留時間較長，剩余污泥量少；e.占地少，結(jié)構(gòu)緊，投資省等。6.兩相厭氧法工藝過程與原理②特點優(yōu)點：耐沖擊負荷能力強，運行穩(wěn)定；兩階段反應不在同一反應器中進行，互相影響小，可更好地控制工藝條件；消化效率高，尤其適合處理含懸浮固體多、難消化降解的高濃度有機廢水。

缺點：設備較多，流程和操作復雜。7.水解（酸化）法工藝原理與特征影響因素

a.pH；

b.水溫；

c.底物的種類和形態(tài)；

d.污泥生物固體停留時間；

e.水力停留時間。二、上流式厭氧污泥床（UASB）反應器（一）UASB反應器結(jié)構(gòu)主要包括主體部分和水封及沼氣處理（收集、應用或處理）等附屬設施。1.反應區(qū)（1）厭氧污泥床a.容積一般占總?cè)莘e30％，對處理效率起極為重要的作用。

降解量占總降解量70％～90％，有效降解產(chǎn)生大量沼氣b.具有很高的污泥生物量40000～80000mg/L污泥由活性生物（或細菌）的量占70％～80％以上高度發(fā)展的顆粉污泥組成。c.沉降速度1.2～1.4cm/s。污泥體積指數(shù)為10～20ml/g。生物相組成復雜，桿菌、球菌、絲狀菌為主。d.小沼氣泡不斷累積合并成大氣泡，上升降整床層良好混合。（2）污泥懸浮層在污泥床上部由于氣體攪動而形成污泥濃度相對較小的懸浮層。a.占總?cè)莘e70％，污泥濃度低于污泥床，1.50～3.00*104mg/Lb.由高度絮凝污泥組成，非顆粒狀，沉速<顆粒污泥沉速污泥體積指數(shù)30～40mL/g，靠上升氣泡得到良好混合污泥懸浮層中絮凝污泥濃度自下而上逐漸減小分布（狀態(tài)）擔負UASB反應器總有機降解量的10～30％2.分離區(qū)（1）沉淀區(qū)a.沉淀位于頂部，作用：使由于水流夾帶而隨上升水流進入分離（出水）區(qū)的固相顆粒（懸浮層帶入的絮凝污泥）在此沉淀下來。沿底部斜壁滑下，回到反應區(qū)（經(jīng)懸浮層），污泥不流式，確保污泥床污泥濃度。b.氣泡與集氣室：通過合理調(diào)整沉淀區(qū)水位高度，保證集氣室的有效空間高度，防止空間破壞。氣泡帶著污泥和水上升進入分離區(qū)，氣泡碰到折射板折向四周，由于密度小，穿過水層進入氣室。c.溢流堰：經(jīng)三相分離后的出水由溢流堰上部排出，從而實現(xiàn)三相分離。（2）三相分離器最重要的設備，設計優(yōu)劣影響運行工藝及處理效果。國內(nèi)外研究較多，尚未有公認比較成熟的推薦方法。原因：①流動狀態(tài)較復雜，影響因素多，某些監(jiān)控測定難；②有些類型屬于專利產(chǎn)品；③現(xiàn)行應用的形式較多，難以評定。3.進、配水系統(tǒng)（布水系統(tǒng)）（1）作用重要性：關鍵部分之一，合理設計對反應器有良好運行至關重要。兼有配水和水力攪拌作用。泥與水充分接觸，充分利用厭氧污泥，防溝流和死角。沼氣有一定攪拌作用，一定程度尚可防止溝流形成。因此產(chǎn)氣量越大，溝流形成可能性就越小，反之亦然。（2）設備已有各式各樣成功的布水系統(tǒng)，但多數(shù)專利，設計參數(shù)未公開。（3）進水方式①進水方式與選擇原則A.方式：a.間隙式進水；b.脈沖式進水；c.連續(xù)均勻進水；d.連續(xù)進水和間隙回流相結(jié)合。B.選擇原則：依據(jù)：進水濃度與進水流量通常采用:c進水濃度很高時，HRT長，Q小才采用a,b,d等。②布水點的布置（圖6-11、6-12）布水點數(shù)量a.一管一點式：一根布水管線僅為一個布水點供水優(yōu)點：易均勻布水，水頭損失小，不易堵塞，便于觀察，較理想。b.一管多點式：一根布水管線進入反應器后，直接（或分支后）以穿孔管形式成為多個布水點供水。（四）UASB主要設計參數(shù)有機負荷（反應器有效容積），簡稱容積負荷，kgCOD/(m3.d)

過高：產(chǎn)酸>產(chǎn)甲烷率，pH下降，破壞正常運行，污泥流失>增長速率；過低：產(chǎn)氣率或有機物去除率提高，但容積產(chǎn)氣率下降，容積增大，利用率降低中溫消化時，取2-3kgCOD/（m3.d），高溫4-6kgCOD/（m3.d），上流式厭氧污泥床反應器厭氧濾池，厭氧流化床等新型厭氧工藝的有機負荷在中溫下為5～15kgCOD/（m3.d）UASB反應器有效容積計算公式：V=QS0/NVV=tQ=AH式中：V－反應器有效容積，m3；

Q－廢水流量，m3/d；

S0－進水COD或BOD5濃度，g/L；

Nv－COD或BOD5容積負荷，Kg/(m3.d);A－反應器橫截面積，m2；H－反應器有效高度，m；t－允許的最大水力停留時間，h或d。當廢水濃度較低，V取決于水力停留時間；當廢水濃度較高，V取決于容積負荷與進液濃度；容積負荷值與反應器的溫度，廢水性質(zhì)和濃度有關，形成顆粒污泥一般通過實驗確定。上流速度Q/A=H/tHmax

受Q/A限制進水配水系統(tǒng)要求：a.在底部均勻分配，防短路與不勻及溝流；

b.考慮水力攪拌和漏氣攪拌對混合效果的影響，防酸化。UASB配水形式：表6-2，點數(shù)計算依據(jù)樹枝管式，穿孔管式，多點多管三相分離器（GLS）：最有特點，最重要的裝置圖6-15a.設計的主要目標：分離和排放生物氣；有效防止污泥流式；污泥通過斜板返回反應區(qū)；污泥膨脹時，防過量污泥進入沉降區(qū)；提高出水凈化效果；防上浮顆粒污泥洗出。設計應考慮的問題：出水堰板前設置擋板；處理非常稀的廢水時，常需要較復雜的三相分離器以保留盡量多的污泥；注意克服浮沫問題。b.設計原則間隙和出水面的截面積；分離器相對于出水液面的位置；三相分離器的傾角；分離器下氣液界面的面積。c.主要功能：氣液分離、固液分離和污泥回流主要組成：氣封、沉淀區(qū)、回流縫設計內(nèi)容：沉淀區(qū)設計、回流縫設計和氣液分離設計d.設計要點出水系統(tǒng)浮渣清除系統(tǒng)：由集氣室排出，攪拌下沉，可能存在，實例不多水封：H=H1-Hm=(h1+h2)-Hm材料與防腐：帶涂層碳鋼，聚丙烯的鋼混凝土或拼裝結(jié)構(gòu)，GLS不銹鋼或塑料臭氣防護：反應器要封閉排泥設備：定期排泥，有排放口（底或GLS下0.5m）；均勻排泥（多設排泥口）穿孔管配水兼排泥。加熱保溫沼氣利用：產(chǎn)氣量估算，收集，貯存三、厭氧微生物的培養(yǎng)和馴化（一）培菌前準備人員準備設備與其他準備（二）培菌方法接種培養(yǎng)法逐步培養(yǎng)法（三）注意事項加快啟動過程控制污泥投加量不加營養(yǎng)物質(zhì)沼氣安全問題（四）馴化：適應實際水質(zhì)四、UASB運行管理運行三大前提：（1）反